FR2987434A1 - Procede et dispositif de conditionnement de matiere, notamment de dechets, sous forme de combustible solide - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de conditionnement de matière, notamment de déchets, ladite matière présentant une siccité initiale, ledit procédé comprenant les étapes (1, 2) de : - assèchement forcé de ladite matière présentant une siccité initiale pour obtenir une matière présentant une siccité réduite, - mise en forme de ladite matière présentant une siccité réduite de façon à obtenir un matériau solide compacté utilisable comme combustible. Elle concerne également un dispositif de conditionnement correspondant.

Description

Procédé et dispositif de conditionnement de matière, notamment de déchets, sous forme de combustible solide La présente invention concerne un procédé et un dispositif de conditionnement de matière, notamment de déchets, sous forme de combustible solide. Elle trouvera ses applications dans le recyclage de déchets provenant tout aussi bien des ordures ménagères, des déchets industriels que des déchets issus de l'agriculture, notamment des déchets issus de l'élevage, entre autres. Elle permettra en particulier l'obtention de combustible solide destiné à alimenter des chaudières ou poêles ou autres dispositifs de production de chaleur pour réseau de chauffage. Actuellement, il est connu de transformer les résidus de scierie, comme les sciures et les copeaux de bois, sous la forme de pellets, c'est-à-dire de granulés allongés de petites taille, de l'ordre du centimètre. On utilise pour cela des machines, appelées machine à pellets, dans lesquelles les résidus sont introduits et ressortent sous forme de pellets.

On dispose ainsi d'un combustible qui présente l'avantage d'être plus favorable à la préservation de l'environnement que les combustibles classiques, tels que charbon, gaz ou fuel, car ne provenant pas de matière fossile. Leur forme compacte améliore en outre leur Pouvoir Calorifique Inférieur (dans la suite appelé PCI). Ils sont de plus faciles à manutentionner.

Cependant, de tels résidus ne sont pas disponibles en grande quantité par rapport à la demande potentielle. Il existe ainsi un besoin pour la valorisation d'autres matériaux sous la forme de combustible solide, notamment de pellets.

La difficulté qui se pose alors est de disposer de matériaux dont le taux d'humidité soit le plus faible possible. En effet, plus les matériaux utilisés sont chargés en eau, plus l'énergie nécessaire pour faire fonctionner les machines à pellets est importante, remettant alors en cause l'intérêt environnemental du processus ainsi que son coût. Les risques de défaillances des machines à pellets sont également accrus en raison de l'humidité à laquelle elles sont soumises. On peut d'ailleurs noter que ces inconvénients sont également valable pour les résidus issus du bois quand ils présentent eux aussi un taux d'humidité trop important.

L'invention cherche à améliorer la situation et propose à cette fin un procédé de conditionnement de matière, notamment de déchets, ladite matière présentant une siccité initiale, ledit procédé comprenant les étapes de : - assèchement forcé de ladite matière présentant une siccité initiale pour obtenir une matière présentant une siccité réduite, - mise en forme de ladite matière présentant une siccité réduite de façon à obtenir un matériau solide compacté utilisable comme combustible. En réalisant un assèchement forcé de la matière avant mise en forme, on peut ainsi utiliser un grand nombre de matière différente, en particulier des matières présentant un taux d'humidité initiale élevée. On élargit ainsi le spectre des matériaux qui pourront être valorisés, en particulier dans le domaine des déchets, beaucoup d'entre eux présentant avant traitement un taux d'humidité important. On limite de plus la quantité d'énergie nécessaire à l'obtention du combustible. En effet, en prévoyant une étape spécifique pour le séchage de la matière, on peut employer des appareils dont la consommation d'énergie est optimisée pour cette fonction plutôt que devoir utiliser des machines de mise en forme surconsommant de l'énergie car devant réaliser, en plus de leur fonction principale, une fonction de séchage pour laquelle elles ne sont pas prévues. De plus, on évite un vieillissement prématuré des machines de mise en forme. Selon différents modes de réalisation de l'invention, qui pourront être pris ensemble ou séparément : - on mène l'étape de mise en forme de ladite matière présentant une siccité réduite de façon à obtenir des pellets, - la matière est choisie parmi les matières, recyclables sous la forme de combustible, qui ne sont ni du bois ni des dérivés du bois, - la matière est de la biomasse humide, - on prévoit une siccité cible et on mène l'étape d'assèchement forcé de façon à ce que ladite matière présente ladite siccité cible avant l'étape de mise en forme, - la siccité cible est comprise entre 70 et 95%, - on assèche la matière par une première étape d'essorage de l'eau libre contenue dans ladite matière, - on assèche la matière par une seconde étape de séchage de l'eau liée contenue dans ladite matière, - on mène la première étape d'essorage jusqu'à obtenir un taux de siccité de 60 à 85% et on mène la seconde étape de séchage pour abaisser encore le taux de siccité, - on réduit de façon supplémentaire le taux de siccité pendant l'étape de mise en forme de ladite matière présentant une siccité réduite, - on contrôle le taux de siccité, notamment entre l'étape d'assèchement et l'étape de mise en forme et/ou après l'étape de séchage. - le procédé comprend en outre une étape de refroidissement de la matière après l'étape de mise en forme, - on récupère la chaleur dégagée lors de l'étape de refroidissement pour l'étape d'assèchement forcé.

L'invention concerne également un dispositif de conditionnement de matière, notamment déchets, comprenant : - des moyens pour assécher de façon forcée ladite matière pour obtenir une matière présentant une siccité réduite, et - des moyens pour mettre en forme ladite matière présentant une siccité réduite de façon à obtenir un matériau solide compacté utilisable comme combustible. Ledit dispositif pourra être configuré pour assécher ladite matière jusqu'à une siccité cible, à l'aide desdits moyens pour assécher, avant traitement de ladite matière présentant une siccité réduite par les moyens pour la mettre en forme. Il pourra pour cela comprendre des moyens de traitement permettant de contrôler des paramètres de fonctionnement des moyens pour assécher la matière. Lesdits moyens pour assécher ladite matière comprennent, par exemple, une vis sans fin. Ils pourront en outre comprendre un sécheur, ledit dispositif étant configuré pour faire d'abord passer la matière dans ladite vis sans fin puis dans ledit sécheur. Lesdits moyens pour mettre en forme comprennent, par exemple, une machine à pellets, notamment une machine rotative. L'invention est détaillée dans la suite, accompagnée des dessins en annexe parmi lesquels : - la figure 1 illustre de façon schématique un exemple de dispositif de conditionnement conforme à l'invention, - la figure 2 illustre en vue de coupe axiale un exemple de machine à pellets utilisés d'un dispositif de conditionnement conforme à l'invention. Comme illustré à la figure 1, l'invention concerne un procédé de conditionnement 15 de matière, notamment de déchets. Il pourra s'agir de boues biologiques telles que des boues de station d'épuration, lisiers et/ou digestas. Il pourra aussi s'agir de fumiers ou de matière cellulosique ne provenant pas du bois ni de dérivés du bois, telle que de la paille, du colza, du 20 tournesol ou autres. Il pourra encore s'agir de refus de pulpage ou de déchets plastiques. De manière large, comme déjà dit, il pourra s'agir de déchets provenant d'ordures ménagères, de déchets industriels, de déchets issus de l'agriculture, notamment 25 de déchet issus de l'élevage, entre autres. Cela étant, même si l'invention vise à la valorisation de matière autre que le bois ou les dérivés du bois, ces derniers ne sont cependant pas exclus de son domaine d'application et l'invention concerne aussi leur utilisation. Il pourra ainsi s'agir, 30 notamment, de feuillus ou résineux, que cela soit sous la forme de buches, écorces, plaquettes, copeaux, sciures ou autres, ou encore de papier, entre autres.

Selon l'invention, ladite matière présente une siccité initiale, notamment de l'ordre 35 et 65%, et on réalise les étapes suivantes : - une première étape 1 d'assèchement forcé de ladite matière présentant une siccité initiale pour obtenir une matière présentant une siccité réduite, - une seconde étape 2 de mise en forme de ladite matière présentant une siccité réduite de façon à obtenir un matériau solide compacté utilisable comme combustible. Par « siccité », on entend le pourcentage massique de matière sèche. Par 10 exemple, une matière présentant une siccité de 25% présente un taux d'humidité de 75%. Par « assèchement forcé », on entend un assèchement faisant intervenir des moyens dédiés, notamment mécanique, fonctionnant avec un apport d'énergie, 15 comme symbolisé par la flèche repérée 10, par opposition à un séchage naturel obtenu par un simple stockage de la matière à l'air libre. La durée de ladite étape 1 d'assèchement forcé est ainsi typiquement de l'ordre de quelques minutes à quelques dizaines de minutes, voire de quelques heures. Elle reste très inférieure à une durée de séchage sous une simple action de mise à l'air libre de la matière 20 dont les ordres de grandeurs sont plutôt de plusieurs jours, voire des plusieurs semaines ou de plusieurs mois. Autrement dit, l'étape 1 d'assèchement forcé est inférieure, par exemple, à une journée. En commençant par augmenter le taux de siccité de la matière, on peut ainsi 25 traiter des matières présentant une forte humidité initiale, ce qui permet d'utiliser des matières, telles que celle évoquées plus haut, jusqu'à présent considérées comme trop humides pour pouvoir être valorisée de la sorte. On limite de plus l'énergie globale nécessaire, en mettant en forme une matière présentant un taux d'humidité suffisamment faible pour que l'étape 2 de mise en forme n'entraine pas 30 une consommation d'énergie (flèche 10') trop importante. On dispose en outre d'une matière qui, grâce à son taux d'humidité réduit combiné à son compactage, présente un PCI avantageux.

L'étape 2 de mise en forme de ladite matière permet, par exemple, l'obtention de pellets. En variante, il pourra s'agir, notamment, de briques. De manière avantageuse, l'étape 1 d'assèchement forcé est menée de façon à obtenir une siccité cible avant l'étape de mise en forme. On a constaté qu'un taux de siccité cible supérieur à 70% permet d'obtenir des résultats intéressants, en particulier un taux supérieur à 80%. Pour limiter les risques d'auto combustion, en particulier lors de l'étape 2 de mise en forme, on pourra cependant choisir de conserver un taux de siccité inférieur à 95%.

La première étape 1 d'assèchement de la matière commence, par exemple, par une première étape 11 d'essorage de l'eau libre contenue dans ladite matière. On entend par « eau libre », la part de l'humidité présente dans la matière qui peut être éliminée par une action mécanique exercée sur ladite matière.

La première étape 1 d'assèchement comprend en outre ici une seconde étape 12 d'extraction ou séchage de l'eau liée contenue dans ladite matière. On entend par « eau liée » la part résiduelle d'humidité obtenue après élimination de l'eau libre.

On mène la première étape 11 d'essorage, par exemple, jusqu'à obtenir un taux de siccité de 60 à 85% et on mène la seconde étape 12 de séchage pour abaisser encore le taux de siccité, notamment de 70-95%, comme évoqué plus haut. D'autres étapes supplémentaires de séchage sont encore possibles, en fonction 25 de la matière utilisée, notamment une ou des étapes de séchage par traitement électrochimique. Il est à noter que l'on pourra encore réduire le taux de siccité pendant l'étape 2 de mise en forme de ladite matière, soit volontairement soit de façon inhérente à 30 l'appareil de mise en forme utilisé. On pourra descendre à un taux d'humidité de la matière, après mise en forme, de 2 à 5%. On dispose de la sorte un matériau combustible qui présente un PCI particulièrement avantageux en raison de son taux de siccité et de son compactage, malgré l'utilisation d'une matière éventuellement humide avant transformation.

Il est à noter que le taux de siccité visé pourra aussi être adapté au matériau utilisé de façon à minimiser le taux de cendre du combustible obtenu à partir de celui-ci.

Selon un aspect de l'invention, le taux de siccité est contrôlé, par exemple, après assèchement forcé et/ou après mise en forme de la matière. Il pourra s'agir, selon un premier mode de contrôle, d'une vérification de l'aspect visuel de la matière, vérification suivie d'une action correctrice sur les paramètres de mise en oeuvre des étapes d'assèchement 1 ou de mise en forme 2 si l'aspect visuel révèle un taux de siccité trop faible ou trop élevé. Il pourra aussi s'agir d'un contrôle plus automatisé par suivi d'une consigne du taux de siccité. La régulation pourra être en boucle ouverte en fonction d'abaques mais aussi en boucle fermée avec mesure du taux d'humidité / de siccité. La mesure est réalisée, par exemple, par prélèvement d'échantillon. En variante, elle effectuée en continu. Cela étant, selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, l'étape 2 de mise en forme suit l'étape 1 d'assèchement sans délai. Autrement dit, on effectue l'étape 2 de mise en forme sans stockage intermédiaire de la matière présentant une siccité réduite, le seul délai entre ces deux étapes étant celui du convoyage de la matière entre les postes de traitement associés.

Selon le procédé conforme à l'invention, on pourra aussi effectuer une troisième étape 3 de refroidissement de la matière après sa mise en forme. Une telle étape 3 pourra être accompagnée par une récupération de la chaleur dégagée par la matière refroidie et une recirculation de cette chaleur pour servir à l'étape 1 d'assèchement forcé, notamment à l'étape 12 de séchage, comme ceci est illustré par la flèche repérée 4. Enfin, bien que cela ne soit pas représenté, le procédé pourra se terminer par une étape de mise sous emballage du combustible. Il pourra aussi comprendre des étapes de cyclonage et/ou de dépoussiérage.

L'invention concerne également un dispositif de conditionnement de matière, notamment de déchets.

Il comprend des moyens 21 pour assécher de façon forcée ladite matière pour obtenir une matière présentant une siccité réduite et des moyens 22 pour mettre en forme ladite matière présentant une siccité réduite de façon à obtenir un matériau solide compacté utilisable comme combustible.

Ledit dispositif est avantageusement configuré pour assécher ladite matière jusqu'à une siccité cible, à l'aide desdits moyens 21 pour assécher, avant traitement de ladite matière présentant une siccité réduite par les moyens 22 pour la mettre en forme.

Lesdits moyens 21 pour assécher ladite matière comprennent, par exemple, une vis sans fin 23, servant à l'essorage de l'eau libre. Ils pourront en outre comprendre un sécheur 24, disposé en aval de la vis sans fin 23 selon le sens de circulation de la matière. Il s'agit, par exemple d'un sécheur thermique et/ou mécanique, employant un ventilateur 25. Il sert à l'extraction de l'eau liée.

Comme illustré à la figure 2, lesdits moyens 22 pour mettre en forme comprennent, par exemple, une machine à pellets 26. Selon l'exemple illustré, il s'agit d'une machine comprenant : 25 - une chambre 30, - un ou des orifices, non visibles, débouchant axialement dans ladite chambre 30, - une matrice 32 délimitant une circonférence de ladite chambre et percée d'une pluralité d'orifices radiaux 33, - un ou des rouleaux 34, roulant dans ladite chambre 30 sur une surface intérieure 30 35 de la matrice 32, autour d'axes de rotation 40, la matrice 32 et les rouleaux 34 définissant ici deux poches 42 pour accueillir la matière, - un mécanisme d'entrainement 36 du ou des rouleaux 34 tournant autour d'un axe longitudinale 41 de ladite chambre 30, et/ou - des couteaux 37, disposés tangentiellement à une surface extérieure 38 de la matrice 32. La matière 31 est introduite dans la chambre 30 par les orifices axiaux. Elle est alors comprimée contre la matrice 32 par les rouleaux 34. Elle est ainsi extrudée à travers ladite matrice 32 par les orifices radiaux 33. A la sortie desdits orifices radiaux 33, elle est alors découpée en pellets 43 par les couteaux 37. Si l'on se reporte de nouveau à la figure 1, on constate que le dispositif conforme à l'invention pourra en outre comprendre un refroidisseur 27 pour la matière sortant de la machine à pellets 26. Ledit refroidisseur 27 est ici accompagné d'un circuit de récupération des calories permettant d'acheminer au sécheur 24 la chaleur dégagée par la matière refroidie dans le refroidisseur 27.

Différents convoyeurs, symbolisés par les flèches 28, pourront également être disposé entre les différents postes de traitement 23, 24, 26, 27 pour faire circuler la matière de l'un à l'autre au fur et à mesure de son traitement. Le dispositif conforme à l'invention pourra encore comprendre des moyens de pilotage, non représentés, pour contrôler le taux de siccité de la matière. Il s'agit, par exemple, de capteurs et/ou d'automate de régulation de ou des paramètres de fonctionnement de la vis sans fin 23, du ou des convoyeurs 28, ou de la machine à pellets 26, notamment de la vitesse des convoyeurs 28, de la vitesse de rotation de la vis sans fin 23 et/ou de la vitesse de rotation du mécanisme d'entrainement 36 du ou des rouleaux 34.

Claims (15)

1. REVENDICATIONS1) Procédé de conditionnement de matière, notamment de déchets, ladite matière présentant une siccité initiale, ledit procédé comprenant les étapes de : - assèchement forcé de ladite matière présentant une siccité initiale pour obtenir une matière présentant une siccité réduite, - mise en forme de ladite matière présentant une siccité réduite de façon à obtenir un matériau solide compacté utilisable comme combustible.
2. 2) Procédé selon la revendication 1 dans lequel on mène l'étape (1) de mise en forme de ladite matière présentant une siccité réduite de façon à obtenir des pellets.
3. 3) Procédé selon l'une de revendication 1 ou 2 dans lequel la matière est choisie parmi les matières, recyclables sous la forme de combustible, qui ne sont ni du bois ni des dérivés du bois.
4. 4) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel la matière est de la biomasse humide.
5. 5) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel on prévoit une siccité cible et on mène l'étape (1) d'assèchement forcé de façon à ce que ladite matière présente ladite siccité cible avant l'étape (2) de mise en forme.
6. 6) Procédé selon la revendication 5 dans lequel la siccité cible est comprise entre 70 et 95%.
7. 7) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel on assèche la matière par une première étape (11) d'essorage de l'eau libre contenue dans ladite matière.
8. 8) Procédé selon la revendication 7 dans lequel on assèche la matière par une seconde étape (12) de séchage de l'eau liée contenue dans ladite matière.
9. 9) Procédé selon la revendication 8 dans lequel on mène la première étape (11) d'essorage jusqu'à obtenir un taux de siccité de 60 à 85% et on mène la seconde étape (12) de séchage pour abaisser encore le taux de siccité.
10. 10) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel on contrôle le taux de siccité.
11. 11) Dispositif de conditionnement de matière, notamment déchets, comprenant : - des moyens (21) pour assécher de façon forcée ladite matière pour obtenir une matière présentant une siccité réduite, et - des moyens (22) pour mettre en forme ladite matière présentant une siccité réduite de façon à obtenir un matériau solide compacté utilisable comme combustible.
12. 12) Dispositif selon la revendication 11 dans lequel ledit dispositif est configuré pour assécher ladite matière jusqu'à une siccité cible, à l'aide desdits moyens (21) pour assécher, avant traitement de ladite matière présentant une siccité réduite par les moyens (22) pour la mettre en forme.
13. 13) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 11 ou 12 dans lequel lesdits moyens (21) pour assécher ladite matière comprennent une vis sans fin (23).
14. 14) Dispositif selon la revendication 13 dans lequel lesdits moyens (21) pour assécher comprennent en outre un sécheur (24), ledit dispositif étant configuré pour faire d'abord passer la matière dans ladite vis sans fin (23) puis dans ledit sécheur (24).
15. 15) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 11 à 14 dans lequel 30 lesdits moyens (22) pour mettre en forme comprennent une machine à pellets (26).